Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине и прессиометр для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E02D1/00 

также ручным управлением процесса испытаний и отсутствием автоматизированных устройств по изменению и регистрации параметров, анализу и обработке результатов испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому является прессиометр, содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, блок программного управления, выходы которого соединены с входами периферийных устройств и с входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления, аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы - с выходами блока программного управления.

Недостатком указанного прессиометра также является низкая точность оценки свойств испытываемого грунта, обусловленная нестабильностью измерений как в условиях создаваемой пульсирующей нагрузки при термодинамической неустойчивости процессов, так и при приложении постоянной нагрузки.

Цель изобретения - повышение точности испытаний грунта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прессиометрических испытаний грунта, включающему нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем нагружения камеры зонда заданным объемом воздуха из емкости известного объема, регистрацию изменения давления, расчет приращения объема зонда и его радиуса и определение по ним деформационных и прочностных характеристик грунта, на каждой из ступеней нагруже- ния производят одновременную и непрерывную регистрацию давления и температуры в емкости известного объема и камере зонда, а приращение объема зонда и его радиуса определяют по формулам:

(Pfj I -PnOVn-,

1 П-1

Ј(5Vi Rn(RS+JU-)4n Hp К /

11 - ( n L-H P

п Ч и Tn;vn,

где Рп - начальное давление в зонде на n-й ступени, кгс/см2, при условии д Vn 0; t 0;

t - момент времени начала ступени на- гружения, с;

д Vn - приращение объема зонда на п-й ступени, см ;

Рпи, Рпк - абсолютное начальное и конечное давление в емкости известного объ- ема на n-й ступени нагружения, кгс/см2;

Тпн, Тпк - абсолютная начальная и конечная температура в емкости известного объема на n-й ступени нагружения, К;

Tni - абсолютная температура в зонде i-ro измерения на n-й ступени, К;

Тп-1 - абсолютная температура в зонде в конце (п-1)-й ступени, К;

Pni - абсолютное давление в зонде измерения на n-й ступени, кгс/см ; R3 - радиус зонда в начальном состоянии, см;

Vp - объем емкости известного объема, см ;

Vn-1 V0 +

n-i

pv.объем магистрали и

приращение объема зонда на (п-1)-й ступени, см ;

V0 - объем магистрали, см3; - приращение объема зонда i-ro

измерения на ступени нагружения, см3;

п

,д Vi - сумма приращений объема

да на ступенях нагружения с 1-й по n-ю, см ;

h - длина (высота) оболочки зонда, см. Прессиометр.содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, блок программного управления, выходы которого соединены с входами периферийных устройств и входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления и аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы -с входами блока программного управления, снабжен датчиками тем пера- туры, установленными параллельно с

преобразователями давления в электрический сигнал, а выходы датчиков температуры посредством формирователей соединены с входами аналого-цифрового преобразователя. На чертеже представлена схема прессиометра.

Прессиометр содержит зонд 1, соединенный трубопроводом 2 с впускным клапаном 3 низкого давления, емкости 4 и 5 известного объема с манометрами 6 и 7, которые соединены посредством трубопроводов с вентилями через редукционный клапан 8 с емкостью 9 высокого давления. Емкости 4 и 5 известного объема посредством трубопроводов с вентилями соединены с преобразователем 20 давления в электрический сигнал, параллельно которым установлены датчики 11 температуры.

Преобразователи 10 давления и датчики 11 температуры с формирователями соединены с модулем аналогового ввода ЭВМ 12, с периферийными устройствами (не показаны). Впускной клапан 3 соединен с устройством управления микро-ЭВМ. Модуль аналогового ввода предназначен для преобразования аналоговой информации, поступающей с преобразователей 10 давления и датчиков 11 температуры, в цифровой код и ввода результатов преобразования в канал микро-ЭВМ.

Пример. Прессиометрические испытания в скважине.

Испытания проводят с зондом диаметром 110 мм в морской скважине диаметром 112 мм на глубине 15 м по грунту и 14,5 м по воде в суглинке, сером, иловатом, теку- чепластичном. Объем емкостей 4 и 5 извест- ного объема Vp 4200 см3, объем магистрали к зонду 1 3150 см3.

Результаты испытания приведены втабл.1 и 2: втабл.1 -данные по определению радиуса зонда, определенные без учета влияния температуры (по прототипу), в табл.2 - данные с учетом поправки на влияниетемпературы, причем температура наружного воздуха принята 296°К (+23°С) Тпн Тпк и температура в зонде (на грунте) 288°К (15°С) Тп-1.

Прессиометр работает следующим образом.

Перед началом работы одну из емкостей 4 или 5 заряжают сжатым воздухом от емкостей высокого давления через редукционный клапан 8. Емкости 4 и 5 заряжают до величины давления, достаточной для проведения нескольких или всех ступеней нагру- жения, одного или нескольких испытаний грунта.

Опускают зонд 1 на горизонт испытаний.

Производят перепуск давления в зочд 1 из емкостей 4 или 5 известного объема.

В автоматическом режиме нагружение осуществляют через впускной клапан низкого давления с управлением по программе от микро-ЭВМ. В режиме поддержания давления нагружения на ступенях давления перепуск воздуха может осуществляться посредством редукционного клапана 8, служащего задатчиком величины ступени.

На каждой из ступеней нагружения после перепуска воздуха и определения перепада давления в емкости 4 производят расчет начального давления в зонде для времени t 0 и (5Vn 0 (условного) по формуле-.

PR

III ( ГПr n p

(I n)vnгде Рпн, Рпк - абсолютное начальное и конечное давление в емкости известного объема на n-й ступени, кгс/см,;

Тпн, Тпк - абсолютная начальная и конечная температура воздуха в емкости известного объема на i-й ступени, К; Vp - объем емкости известного объема,

см3;

Vn-1 Vo + Vj - объем магистрали и

приращений объема зонда на (п-1)-й ступе- 20 ни, см ,

определяют приращения объема зонда и его радиуса по формулам:

5Vn

/Р III Tni p N1,

У п у-. rnij Vn-j

fc ;

30

Jdv,

Rn(RS+±-R)U

0

5

где Tm - абсолютная температура в зонде 1-го измерения на n-й ступени. К; 5 Tn-i - абсолютная температура в зонде в конце (п-1)-й ступени. К;

Рш - абсолютное давление в зонде i-ro измерения на n-й ступени, кгс/см ;

R - радиус зонда в начальном состоя- Q нии, см;

п

2 6 V, - приращение объема зонда на

1

)

ступенях нагружения с 1-й по n-ю, см ;

h -длина (высота)оболочки зонда, см. 5 При проведении испытаний преобразователи 10 давления, датчика температуры 11 обеспечивают преобразование значений измеряемых параметров давления и температуры в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Микро-ЭВМ получает измеряемые параметры давления и температуры и по их изменению в условиях заданного объема воздушной среды определяет перемещения стенок скважины в процессе проведения опыта в диалоговом режиме через дисплей. Формула изобретения 1. Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине, включающий нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем нагружения камеры зонда заданным объемом воздуха из емкости известного объема, регистрацию изменения давления, расчет приращения объема зонда и его радиуса и определение по ним деформационных характеристик грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний грунта на каждой из ступеней нагружения производят одновременную и непрерывную регистрацию давления и температуры в емкости известного объема и камере зонда, а приращение объема зонда и его радиуса определяют по формулам

5Vn

/р И ТП| р

(г п тrni) Vn-f

in--.

Rn(R3+-VTr)

D Hn К f

D HI / Г ПГ n-, Vp

П -()

где Рп начальное давление в зонде на n-й ступени при условии

д Vn 0, t 0, кгс/см2,

t - момент времени начала ступени нагружения, с;

д Vn - приращение объема зонда на п-й ступени, см ;

Рпн,Рпк - абсолютное начальное и конечное давление в емкости известного объема на n-й ступени нагружения, кгс/см2;

Тпн, Тпк - абсолютная начальная и ко- нечная температура в емкости известного объема на n-й ступени нагружения, К;

0

5

0

5

0

Tni - абсолютная температура в зонде i-ro измерения на n-й ступени, К;

Тп-1 - абсолютная температура в зонде в конце (п-1)-й ступени, К;

Pni - абсолютное давление в зонде i-ro измерения на n-й ступени, кгс/см2;

RS радиус зонда в начальном состоянии, см;

Vp - объем емкости известного объема,

0 см3;

Vn-1 V0 + 5) Vi - объем магистрали и

приращение объема зонда на (п-1)-й ступени, см ;

V0 - объем магистрали, см3;

д Vi - приращение объема зонда i-ro измерения на ступени нагружения, см3;

п

У д Vi - сумма приращений объема

зонда на ступенях нагружения с первого по n-й, см3;

h - длина (высота) оболочки зонда.

2. Прессиометр для испытаний грунта в скважине, содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, блок программного управления, выходы которого соединены с входами периферийных устройств и входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления, и аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы - с входами блока программного управления, отличающийся тем, что он снабжен датчиками температуры, установленными параллельно с преобразователями давления в электрический сигнал, а выходы датчиков температуры посредством формирователей соединены с входами аналого-цифрового преобразователя.

Таблица 1

Таблица 2